基于CFAST的宾馆火灾不同破拆位置排烟效果模拟研究

许东涛

(石嘴山市消防支队，宁夏 石嘴山 753000)

基于CFAST的宾馆火灾不同破拆位置排烟效果模拟研究

许东涛

(石嘴山市消防支队，宁夏 石嘴山 753000)

运用CFAST区域模拟软件，对破拆宾馆的不同位置进行排烟的效果进行了模拟研究。对比不同工况下烟气层界面高度的变化情况，分析破拆位置对排烟影响的基本规律，由此提出了破拆排烟位置的优选建议，为消防部门疏散火场被困人员和制定灭火救援预案提供技术参考。

宾馆火灾；破拆位置；排烟；烟气层高度；CFAST

0 引言

宾馆火灾发生后，由于大量高温有毒烟气涌入走廊，对被困人员疏散及消防部队内攻灭火造成较大困难[1]。如何采取科学的破拆排烟方法，合理选择破拆位置，有效提高火场排烟效率，从而降低高温有毒烟气危害，最大限度地抢救被困人员生命，是宾馆火灾扑救中需要解决的问题。本文运用CFAST软件，对宾馆初期火灾发生后，破拆宾馆不同位置时走廊烟气层高度的变化进行模拟，进而分析破拆位置对排烟影响的基本规律。

1 CFAST软件简介

CFAST是由美国国家标准和技术研究所(NIST)火灾研究中心开发的一种基于两区域模型的火灾模拟软件[2]。根据建筑内各个房间的几何尺寸和连接各房间的门窗等开口情况、壁面结构的热物性参数、火源的热释放速率或质量燃烧速率以及燃烧产物的生成速率[3-5]，可预测设定火源条件下建筑内的火灾环境。CFAST最多可模拟30个房间或1 000 m2的规模，具有界面友好、操作简洁、运行速度快等特点[6]。

2 宾馆火灾模拟参数及工况设定

2.1 模拟区域参数设定

将火灾模拟区域选定为某宾馆其中一楼层，在CFAST软件界面搭建该模拟区域，其建筑尺寸及内装修材料参数如表1，其CFAST模拟效果见图1。在宾馆房间3内设置火源，房间3内的可燃物有衣柜(0,0,2.5)、沙发(0,0,4)、电视机(0,3,2.5)、床垫(0,3,5)、窗帘(0,2,6)。为便于模拟与计算，火源的尺寸、燃点、释热速率等参数均设为默认值。内、外部环境参数均设为默认值。

图1 火灾模拟区域效果图

2.2 模拟工况设定

设宾馆房间门关闭时的开启度为0.01，窗关闭时的开启度为0.002[1]，门、窗开启时的开启度均为1。火灾过程模拟时间为1 200 s，电子表格的输出时间间隔为10 s，其余参数均设为默认值。假设在该宾馆起火后第500 s，消防官兵实施破拆排烟行动。本模拟分为A、B、C、D四组工况，用以研究不同破拆位置对走廊排烟效果的影响，具体工况设定见表2。

表2 模拟工况的设定

3 模拟结果比较分析

根据设定的宾馆火灾模拟区域参数及工况，运行CFAST软件并导出A、B、C、D四种工况下宾馆走廊烟气层高度变化的数值列表，用Origin8.5绘制曲线图，结果如图2。

图2 破拆门(窗)时走廊烟气层高度随时间的变化

由图2可知，宾馆房间3起火后，如果不及时进行破拆排烟，烟气将在100 s内蔓延至整个走廊。第500 s时，即破拆宾馆房间3窗户后，烟气层高度产生波动并且缓慢上升。这可能是因为空气由破拆排烟口进入室内，使得可燃物燃烧加快，烟气生成增多。第800～900 s时，烟气层高度稳定在1.7 m左右，至1 100 s左右保持在2 m。当破拆走廊窗户a或房间2的门、窗时，烟气层界面分别迅速上升至1.25 m和0.8 m。第600 s后，烟气层界面缓慢升高，最终分别维持在1.5 m和1.2 m左右。

人眼特征高度通常为1.2～1.8 m。由于人在火灾中逃生时采用低姿，故此时人眼特征高度取1.2 m[2]。若烟气层界面低于人眼特征高度，高温有毒烟气将会对人体产生危害。在最短的时间内，何种破拆方案(工况)能够使走廊烟气层界面升高到1.2 m以上，该方案(工况)即为最优。在工况B、C、D中，工况C在第600 s以前即使走廊烟气层界面上升至1.2 m，用时最短，故为最优。

4 破拆排烟的进一步模拟

上文仅对破拆起火房间单扇门(窗)的排烟效果进行了模拟。结果显示，相对于破拆起火房间单扇门(窗)，破拆走廊一侧窗户进行排烟的效果较好。灭火救援实战中，还需考虑打通贯通的排烟通道以增强排烟效果。为此，需要对同时破拆走廊一侧窗户与其他位置的门(窗)的情景进行模拟。模拟分为三组，具体模拟情景设置如表3所示。

表3 模拟情景的设定

进一步模拟结果如图3所示，当打通走廊到起火房间贯通排烟通道时，走廊烟气层界面升高明显，第550 s时，达到2.75 m。相对于打通走廊两侧排烟通道，打通走廊到起火房间的邻近房间排烟通道较前者的排烟效果相差不明显，第600 s时，烟气层界面迅速上升至1.5 m左右，随后上升缓慢，最终保持在1.75 m左右。

图3 破拆走廊窗户与其他位置门(窗)时走廊烟气层高度随时间的变化

5 结论与讨论

同时比较所有模拟结果，如图4所示。由图4可知，情景Ⅱ是所有模拟中排烟效果最好的，工况D是所有模拟中排烟效果最差的。破拆排烟时，打通贯通排烟通道的排烟效果明显好于破拆单扇门(窗)。在所有破拆排烟模拟工况中，实施破拆排烟后约100 s，宾馆走廊烟气层界面高度不断上升，最终保持在一定高度[7-9]。

图4 破拆排烟效果比较

综上所述，消防部队到达火场后应迅速实施破拆排烟，尽可能地提高宾馆走廊烟气层高度，为被困人员逃生提供有利条件。首先应根据现场情况，优先选择破拆宾馆走廊一侧窗户实施排烟。在条件允许的情况下，可对起火房间门(窗)进行破拆。要尽可能打通贯通的排烟通道，在到场力量充足的情况下，先行打通由走廊到起火房间的排烟通道，切实提高火场排烟效率。为便于模拟及讨论，本文设定的破拆排烟情形比较简化，未考虑现场风向、风速及垂直通风等因素的影响，可在今后的研究中做进一步模拟研究。

[1] 公安部消防局.中国消防年鉴[M].北京:中国人事出版社,2014.

[2] 舒中俊,孙华玲.火灾区域模拟原理及CFAST软件应用[J].武警学院学报,2004,20(4):30-32.

[3] 汤华清.CFAST6.0在某宾馆房间初期火灾分析中的应用[J].消防技术与产品信息,2009(3):23-25.

[4] 苏清土.基于CFAST的宾馆火灾走廊烟气层分析及启示[J].中国应急救援,2013(1):47-49.

[5] 范维澄,孙金华,陆守香,等.火灾风险评估方法学[M].北京:科学出版社,2004.

[6] 赵建龙.室内火灾破拆排烟的CFAST模拟[J].消防科学与技术,2012,34(11):1167-1169.

[7] 王江舵,牛贵来.房间开口尺寸对室内火灾危险性影响的CFAST模拟研究[J].沈阳航空航天大学学报,2014,31(6):78-82.

[8] 贾水库,蒋仲安.CFAST软件在高层学生公寓火灾区域模拟中的应用[J].建筑科学,2010,26(3):75-79.

[9] 闫幼锋.室内火灾过程的计算机模拟[J].系统仿真学报,2004,16(1):171-174.

(责任编辑 马 龙)

CFAST-based Simulation of Smoke Exhaust Effect of Different Positions of Forcible Entries in Hotel Fires

XU Dongtao

(ShizuishanMunicipalFireBrigade,NingxiaHuiNationalityAutonomousRegion753000,China)

With the help of CFAST regional modeling software, the effects of different positions of forcible entries for hotel fire ventilation are simulated. Based on the comparison of the different heights of smoke layer in different conditions, this article analyzes the basic law of the forcible entry position’s effect on ventilation. Recommendations of preferred positions of forcible entries for ventilation are made in order to provide some technical reference for the fire departments to evacuate the trapped in fires and make firefighting and rescue plans.

hotel fire; forcible entry position; smoke exhaust; smoke layer height; CFAST

2016-11-06

许东涛(1973— )，男，河南洛阳人，工程师。

D631.6

A

1008-2077(2017)02-0026-03